¿Por qué es tan complicado encontrar planetas habitados?

Ya se han descubierto más de mil exoplanetas, de los cuales solo 31 se han encontrado habitables:



Pero no debe halagarse con esta cantidad, puede resultar que aunque estos planetas se encuentran en la "zona habitable", las condiciones reales en ellos, como en nuestra Venus, pueden ser muy importantes. diferir de las estimaciones y excluir la vida como la nuestra en ellas. La razón de esto es la imposibilidad de observación directa de los planetas ubicados en la "zona habitable", lo que significa la falta de datos confiables sobre los parámetros más importantes: el albedo del planeta y la composición de su atmósfera. Y sin estos parámetros, las estimaciones de la temperatura en la superficie del exoplaneta son muy aproximadas.

Pero comencemos con la pregunta, ¿por qué es tan importante la temperatura de la superficie? Para el origen y existencia de vida similar a la terrenal, se requiere la presencia de agua líquida. Por lo tanto, los planetas en los que puede existir vida deben incluirse en la llamada "zona habitable", o de otra manera, la "zona de Ricitos de Oro" es un rango de órbitas en las que la temperatura en la superficie del planeta debería fluctuar en el rango de 0-100 grados Celsius. Está claro que para las estrellas pequeñas esta zona está más cerca de la estrella, y para las estrellas más grandes está más lejos:


Comparación de las zonas habitadas del Sol (enana amarilla) y Gliese 581 (enana roja)

Naturalmente, la vida puede surgir de estrellas de otras clases, pero no tendrán un destino envidiable: para la clase de estrella A, la esperanza de vida de una estrella será inferior a 500 millones de años, y no hay necesidad de hablar sobre ninguna evolución y desarrollo de la vida en formas complejas.

La clase más pequeña de estrellas M (enanas marrones), aunque tiene una vida útil de decenas de miles de millones de años, se considera malos candidatos porque el planeta debe estar demasiado cerca de la estrella para recibir suficiente energía. Esto puede conducir a las fuerzas de marea que hacen que el planeta gire todo el tiempo con un lado girado hacia la estrella (como nuestra Luna girada hacia la Tierra), esto significa un día eterno en un lado y una noche eterna en el otro. Además, dicho planeta necesitará una atmósfera muy densa para proteger la vida en su superficie de la radiación estelar. La probabilidad de la existencia simultánea de ambas condiciones se considera muy baja.


Clases de estrellas: adecuadas para planetas vitales, se buscan principalmente de las estrellas de las clases K (enanas rojas) y G (como nuestro Sol)

Y así, con dónde y qué buscar, decidimos, ahora queda por determinar qué tan difícil es encontrar lo que necesitamos. Sin datos precisos sobre el albedo y sobre la composición de la atmósfera del planeta (si existe o no, existe un efecto invernadero y cuál es su efecto en el planeta), no podremos determinar con precisión la temperatura en su superficie. Entonces necesitamos ver el planeta con nuestros instrumentos.

El primer exoplaneta fue capturado por el telescopio terrestre de 8 metros del Observatorio Gemini el 14 de septiembre de 2008, esto es 1RXS J160929.1-210524 b. Desde nuestro punto de vista, este no era un planeta: su masa excede a Júpiter en 8 veces (la Tierra, incluso en 2,500 veces), y la temperatura de la superficie es de 1400 grados Celsius. En este caso, los planetas incluyen todos los objetos que no pueden soportar reacciones termonucleares dentro de su núcleo (esto es al menos 12.5 masas de Júpiter).


Star 1RXS J160929.1-210524 y un planeta en su órbita. A diferencia de todas las fotografías espectaculares anteriores de planetas cerca de estrellas de neutrones y sistemas de estrellas binarias o triples firmadas como "la apariencia de un exoplaneta a la vista del artista", este testimonio es un gran paso en el campo de la investigación de exoplanetas.

Esta estrella se encuentra a 470 años luz de nosotros y tiene una masa ligeramente menor que la masa del Sol. La distancia entre una estrella y un planeta es de aproximadamente 330 UA. Esto, por supuesto, no era el límite de medición para este telescopio, era más fácil encontrar un planeta así, que aún no se había enfriado después de su formación, y que en sí mismo emitía mucha luz.

El siguiente paso ya se dio el 13 de enero de 2010: con el Very Large Telescope, se obtuvo el espectro de radiación del exoplaneta HR 8799 c. El planeta está a 38 UA. de su estrella, y 130 años luz de nosotros. La temperatura de la superficie es de unos 800 grados centígrados. Según los resultados de la espectrometría, se detectó metano en la atmósfera y dos sustancias más: amoníaco / acetileno y dióxido de carbono / ácido hidrocianico, según la interpretación de los resultados.


La línea azul oscura es el espectro de emisión del planeta HR 8799 c, la región azul claro es el rango de posibles errores (se debe al hecho de que el espectro del planeta tiene que estar "separado" del espectro de una estrella más brillante)

Como puede ver, estos planetas están casi completamente "calentados" "Y esto no es un accidente. La óptica adaptativa y el desarrollo de la electrónica hicieron posible lograr un gran éxito con los telescopios terrestres: la influencia de las perturbaciones atmosféricas fue casi eliminada, solo quedó un pequeño "desenfoque" de la imagen.


La fotografía del telescopio de trabajo del Observatorio Keck, el rayo láser del sistema óptico adaptativo en funcionamiento es claramente visible, las estrellas borrosas en la foto son el resultado de la larga exposición de la foto, que era necesaria para capturar el rayo láser.

Pero el Hubble de 2,4 metros de edad, que cumplió 25 años este año, ya no puede competir con los gigantes terrestres, alcanzando los 10,5 metros. Y como saben, nuestra atmósfera prácticamente no transmite rayos infrarrojos, e incluso en un observatorio de gran altitud como el Observatorio Keka en Hawai (4145 m), le permite utilizar la máxima luz visible y el infrarrojo cercano. Por lo tanto, no pueden obtener fotografías directas de planetas que tienen una temperatura de aproximadamente 300 K (como la nuestra): la mayor parte de su radiación cae en la región del infrarrojo lejano, y la parte visible son algunas migajas.

El futuro telescopio espacial James Webb tendrá un espejo 2.7 veces más grande que el Hubble, lo que significa que el área en la que puede ver exoplanetas se expandirá en la misma cantidad. Podrá ver los mismos objetos débiles que los telescopios terrestres y, lo más importante, "ver" los planetas que emiten en el infrarrojo. Esto dará un gran paso en la búsqueda de exoplanetas adecuados para la vida. La capacidad de obtener el espectro de emisión de tales planetas nos dará la oportunidad de pasar de las "estimaciones" de temperaturas a su medición precisa. Y este es el factor principal por el cual se lleva a cabo la búsqueda de planetas adecuados.


Los telescopios más grandes existentes y diseñados con las fechas de su puesta en servicio. Los telescopios fotografiados por primera vez en un exoplaneta (Géminis Norte y Sur) se encuentran en el centro, uno encima del otro (azul y verde). Los telescopios que realizaron el primer análisis espectral (Very Large Telescope) están a continuación. Futuros telescopios: el espacio James Webb de abajo hacia arriba, terrestres, de abajo hacia arriba a la derecha: telescopio gigante de Magallanes, telescopio europeo extremadamente grande, telescopio de treinta metros. Y la persona para la escala está en la parte inferior derecha.

phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog Catálogo de exoplanetas adecuados para la vida
www.gemini.edu/sunstarplanet La primera foto de un exoplaneta
Espectroscopía espacialmente resuelta del exoplaneta HR 8799 c. M. Janson, C. Bergfors, M. Goto, W. Brandner, D. Lafreniere Artículo sobre el primer análisis espectral de exoplanetas

Source: https://habr.com/ru/post/es384847/